高中物理課件向心力

1、第第五五章章新知預習新知預習巧設計巧設計名師課堂名師課堂一點通一點通要點一要點一要點二要點二第第6 6節(jié)節(jié)創(chuàng)新演練創(chuàng)新演練大沖關大沖關隨堂檢測歸納小結隨堂檢測歸納小結課下作業(yè)綜合提升課下作業(yè)綜合提升要點三要點三1. 理解向心力的概念，并會分析向心理解向心力的概念，并會分析向心 力的來源。力的來源。2知道向心力大小與哪些因素有關，知道向心力大小與哪些因素有關， 理解向心力公式的含義并能用來進理解向心力公式的含義并能用來進 行計算。行計算。3知道在變速圓周運動中向心力為合知道在變速圓周運動中向心力為合 力沿半徑方向的分力。力沿半徑方向的分力。讀教材讀教材填要點填要點指向圓心指向圓心圓心圓心線速度線

2、速度m2r作用效果作用效果合力合力向心加速度向心加速度勻速圓周運動勻速圓周運動重力重力細線拉力細線拉力圖圖5 56 61 1圖圖5 56 62 2 (3)結論：代入數(shù)據(jù)后比較計算出的向心力結論：代入數(shù)據(jù)后比較計算出的向心力Fn和鋼球所受和鋼球所受合力合力F的大小，即可得出結論：鋼球需要的的大小，即可得出結論：鋼球需要的 等于鋼球所等于鋼球所受外力的受外力的 。 3變速圓周運動和一般的曲線運動變速圓周運動和一般的曲線運動 (1)變速圓周運動。變速圓周運動。 定義：線速度大小改變的圓周運動叫做變速圓周運動。定義：線速度大小改變的圓周運動叫做變速圓周運動。 變速圓周運動同時具有向心加速度和切向加速度

3、，勻速變速圓周運動同時具有向心加速度和切向加速度，勻速圓周運動只有向心加速度。圓周運動只有向心加速度。 (2)變速圓周運動的動力學特點。變速圓周運動的動力學特點。向心力向心力合力合力 物體做加速圓周運動：物體做加速圓周運動： 如圖如圖563所示，物體受到的合力所示，物體受到的合力F與速度方向的夾與速度方向的夾角角 90。把。把F沿切向和徑向正交分解，沿切向和徑向正交分解，F(xiàn)t沿速度方向，沿速度方向，產生產生 加速度，改變速度的加速度，改變速度的 ，使物體加速，使物體加速，F(xiàn)n沿沿半徑方向，產生半徑方向，產生 加速度，改變速度的加速度，改變速度的 。小于小于切向切向大小大小向心向心方向方向圖圖5

4、 56 63 3圖圖5 56 64 4 物體做減速圓周運動：物體做減速圓周運動： 如圖如圖564所示，物體受到的合力所示，物體受到的合力F與速度方向的與速度方向的夾角夾角 90。同理，。同理，F(xiàn)t使物體減速，使物體減速，F(xiàn)n使物體改變運使物體改變運動動 。大于大于方向方向 (3)處理一般的曲線運動的方法。處理一般的曲線運動的方法。 運動軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運動，稱為運動軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運動，稱為一般的曲線運動。處理一般的曲線運動時，可以把曲線一般的曲線運動。處理一般的曲線運動時，可以把曲線分割成許多小段，每一小段可看成一段小圓弧，把曲線分割成許多小段，每一小段可看成一段

5、小圓弧，把曲線當成許多半徑不同的圓處理，如圖當成許多半徑不同的圓處理，如圖565所示。所示。圖圖5 56 65 5試身手試身手夯基礎夯基礎1關于向心力，下列說法正確的是關于向心力，下列說法正確的是()A向心力是一種效果力向心力是一種效果力B向心力是一種具有某種性質的力向心力是一種具有某種性質的力C向心力既可以改變線速度的方向，又可以改變線速向心力既可以改變線速度的方向，又可以改變線速 度的大小度的大小D向心力只改變線速度的方向，不改變線速度的大小向心力只改變線速度的方向，不改變線速度的大小解析：解析：向心力是按作用效果命名的，是一種效果力，它可以向心力是按作用效果命名的，是一種效果力，它可以由

6、重力、彈力、摩擦力等性質的力提供，所以由重力、彈力、摩擦力等性質的力提供，所以A正確，正確，B錯錯誤。由于向心力始終沿半徑指向圓心，與速度的方向垂直，誤。由于向心力始終沿半徑指向圓心，與速度的方向垂直，即向心力對做圓周運動的物體始終不做功，不改變線速度的即向心力對做圓周運動的物體始終不做功，不改變線速度的大小，只改變線速度的方向，因此大小，只改變線速度的方向，因此C錯誤，錯誤，D正確。正確。答案：答案：AD2如圖如圖566所示，小物體所示，小物體A與圓盤保持相對靜止，跟與圓盤保持相對靜止，跟著圓盤一起做勻速圓周運動，下列關于著圓盤一起做勻速圓周運動，下列關于A的受力情況，的受力情況，正確的是正

7、確的是 ()A受重力、支持力受重力、支持力B受重力、支持力和指向圓心的摩擦力受重力、支持力和指向圓心的摩擦力C受重力、支持力、摩擦力和向心力受重力、支持力、摩擦力和向心力D受重力、支持力和與運動方向相同的摩擦力受重力、支持力和與運動方向相同的摩擦力圖圖5 56 66 6解析：解析：物體物體A在水平圓盤上，受重力豎直向下，支持力豎在水平圓盤上，受重力豎直向下，支持力豎直向上，且兩力是一對平衡力。直向上，且兩力是一對平衡力。A是否受摩擦力，可通過是否受摩擦力，可通過對對A的運動狀態(tài)分析得出：由于的運動狀態(tài)分析得出：由于A隨圓盤一起做勻速圓周隨圓盤一起做勻速圓周運動，必須有力提供向心力，重力與支持力

8、的合力不能運動，必須有力提供向心力，重力與支持力的合力不能提供向心力，只有提供向心力，只有A受到摩擦力作用，且此摩擦力方向指受到摩擦力作用，且此摩擦力方向指向圓心，大于等于向圓心，大于等于A所需的向心力，故只有所需的向心力，故只有B正確。正確。答案：答案：B3在光滑的水平面上，用長為在光滑的水平面上，用長為l的細線拴一質量為的細線拴一質量為m的小的小球，使小球以角速度球，使小球以角速度做勻速圓周運動。下列說法中做勻速圓周運動。下列說法中正確的是正確的是 ()Al、不變，不變，m越大線越易被拉斷越大線越易被拉斷Bm、不變，不變，l越小線越易被拉斷越小線越易被拉斷Cm、l不變，不變，越大線越易被拉

9、斷越大線越易被拉斷Dm不變，不變，l減半且角速度加倍時，線的拉力不變減半且角速度加倍時，線的拉力不變解析：解析：在光滑的水平面上細線對小球的拉力提供小球做圓在光滑的水平面上細線對小球的拉力提供小球做圓周運動的向心力。由周運動的向心力。由Fnm2r知，在角速度知，在角速度不變時，不變時，F(xiàn)n與小球的質量與小球的質量m、半徑、半徑l都成正比，都成正比，A正確，正確，B錯誤；質量錯誤；質量m不變時，不變時，F(xiàn)n又與又與l和和2成正比，成正比，C正確，正確，D錯誤。錯誤。答案：答案：AC 4我國計劃于我國計劃于2013年發(fā)射的年發(fā)射的“嫦娥三號嫦娥三號”衛(wèi)星將實現(xiàn)軟著衛(wèi)星將實現(xiàn)軟著陸、無人探測及月夜生

10、存三大創(chuàng)新。陸、無人探測及月夜生存三大創(chuàng)新?！版隙鹑栨隙鹑枴碧皆绿皆滦l(wèi)星在由地球飛向月球時，沿曲線從衛(wèi)星在由地球飛向月球時，沿曲線從M點向點向N點飛行的點飛行的過程中，速度逐漸減小，在此過程中探月衛(wèi)星所受合過程中，速度逐漸減小，在此過程中探月衛(wèi)星所受合力可能是圖力可能是圖567中的中的 ()圖圖5 56 67 7解析：解析：“嫦娥三號嫦娥三號”衛(wèi)星做曲線運動時，其合外力一定衛(wèi)星做曲線運動時，其合外力一定指向軌跡的凹側，又因衛(wèi)星的速度逐漸減小，故合外指向軌跡的凹側，又因衛(wèi)星的速度逐漸減小，故合外力與速度間夾角應大于力與速度間夾角應大于90，故只有，故只有C正確。正確。答案：答案：C 1彈力提

11、供向心力彈力提供向心力 物體在光滑平面上，在繩的物體在光滑平面上，在繩的拉力作用下做勻速圓周運動，拉拉力作用下做勻速圓周運動，拉力力(彈力彈力)提供向心力，如圖提供向心力，如圖568所示。所示。圖圖5 56 68 8 2靜摩擦力提供向心力靜摩擦力提供向心力 木塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，木塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，其向心力由靜摩擦力提供，如圖其向心力由靜摩擦力提供，如圖569所示。木塊相對圓盤的運動趨勢方向所示。木塊相對圓盤的運動趨勢方向是沿半徑背向圓心，靜摩擦力的方向與是沿半徑背向圓心，靜摩擦力的方向與相對運動趨勢方向相反。但是，當圓盤相對運動趨勢方向相反。但是，當圓盤光滑光滑(無摩擦力無

12、摩擦力)時，木塊是沿切線方向時，木塊是沿切線方向飛出，說明木塊相對于地面的運動趨勢飛出，說明木塊相對于地面的運動趨勢方向為切線方向，而相對于圓盤的運動方向為切線方向，而相對于圓盤的運動趨勢方向為沿半徑向外的方向。趨勢方向為沿半徑向外的方向。圖圖5 56 69 9 3合力提供向心力合力提供向心力 一般情況下，做圓周運動的一般情況下，做圓周運動的物體所受的向心力由其所受合外物體所受的向心力由其所受合外力提供力提供(有時合力等于某一個力有時合力等于某一個力)。如圓錐擺的鋼球在水平面內做勻如圓錐擺的鋼球在水平面內做勻速圓周運動時，鋼球的重力與其速圓周運動時，鋼球的重力與其受到的繩的拉力的合力提供向心受

13、到的繩的拉力的合力提供向心力，如圖力，如圖5610所示。所示。圖圖5 56 61010 4分力提供向心力分力提供向心力 如圖如圖5611所示，物體在所示，物體在豎直平面內的光滑軌道內做圓周豎直平面內的光滑軌道內做圓周運動，經過運動，經過A點時，向心力由重點時，向心力由重力和軌道施加的支持力的合力沿力和軌道施加的支持力的合力沿半徑方向的分力提供，即半徑方向的分力提供，即FnFNG1。圖圖5 56 61111 1如圖如圖5612所示，兩物塊所示，兩物塊A、B套套在水平粗糙的在水平粗糙的CD桿上，并用不可伸長的輕桿上，并用不可伸長的輕繩連接，整個裝置能繞過繩連接，整個裝置能繞過CD中點的軸中點的軸O

14、O1轉動。已知兩物塊的質量相等，桿轉動。已知兩物塊的質量相等，桿CD對物對物 圖圖5 56 61212塊塊A、B的最大靜摩擦力大小相等，開始時繩子處于自然長的最大靜摩擦力大小相等，開始時繩子處于自然長度度(繩子恰好伸直但無彈力繩子恰好伸直但無彈力)，物塊，物塊B到到OO1軸的距離為物塊軸的距離為物塊A到到OO1軸距離的兩倍?，F(xiàn)讓該裝置從靜止開始轉動，使轉速軸距離的兩倍?，F(xiàn)讓該裝置從靜止開始轉動，使轉速逐漸增大，在從繩子處于自然長度到兩物塊逐漸增大，在從繩子處于自然長度到兩物塊A、B即將滑動即將滑動的過程中，下列說法正確的是的過程中，下列說法正確的是 () A物塊物塊A受到的靜摩擦力一直增大受到

15、的靜摩擦力一直增大 B物塊物塊B受到的靜摩擦力先增大，后保持不變受到的靜摩擦力先增大，后保持不變 C物塊物塊A受到的靜摩擦力先增大后減小受到的靜摩擦力先增大后減小 D物塊物塊A受到的合外力一直在增大受到的合外力一直在增大 思路點撥思路點撥 (1)轉速較小時兩物塊各自的靜摩擦力提供向心力。轉速較小時兩物塊各自的靜摩擦力提供向心力。 (2)轉速增大所需向心力變大，靜摩擦力也變大。轉速增大所需向心力變大，靜摩擦力也變大。 (3)物塊物塊B的靜摩擦力先達到最大，然后向心力由摩擦力的靜摩擦力先達到最大，然后向心力由摩擦力和繩子的拉力的合力提供。和繩子的拉力的合力提供。 解析解析物塊物塊A所受的合外力提供

16、它做圓周運動的向心所受的合外力提供它做圓周運動的向心力，所以隨著轉動速度的增大，物塊力，所以隨著轉動速度的增大，物塊A所受的合外力一直增所受的合外力一直增大，選項大，選項D正確。由題意可知，正確。由題意可知，A、B兩物塊轉動的角速度兩物塊轉動的角速度相同，則兩物塊的向心力之比為相同，則兩物塊的向心力之比為1 2，在輕繩張緊前，兩物，在輕繩張緊前，兩物塊做圓周運動的向心力由靜摩擦力提供，由塊做圓周運動的向心力由靜摩擦力提供，由FfAm2rA和和FfBm2rB可知，兩物塊所受的靜摩擦力在輕繩張緊前隨轉速可知，兩物塊所受的靜摩擦力在輕繩張緊前隨轉速的增大而增大，當物塊的增大而增大，當物塊B所受的靜摩

17、擦力達到最大值后，向所受的靜摩擦力達到最大值后，向心力由摩擦力與繩子拉力的合力提供，故物塊心力由摩擦力與繩子拉力的合力提供，故物塊B所受的靜摩所受的靜摩擦力先增大后保持不變，選項擦力先增大后保持不變，選項B正確，正確，A、C錯誤。錯誤。 答案答案BD 靜摩擦力的方向，可能與物體運動方向相同，靜摩擦力的方向，可能與物體運動方向相同，可能相反，也可能不在同一條直線上。本題木塊可能相反，也可能不在同一條直線上。本題木塊受到的靜摩擦力方向與物體運動方向垂直。受到的靜摩擦力方向與物體運動方向垂直。 1勻速圓周運動的特點勻速圓周運動的特點 線速度大小不變、方向時刻改變；角速度、周期、頻線速度大小不變、方向

18、時刻改變；角速度、周期、頻率都恒定不變；向心加速度和向心力大小都恒定不變，但率都恒定不變；向心加速度和向心力大小都恒定不變，但方向時刻改變。方向時刻改變。 2勻速圓周運動的性質勻速圓周運動的性質 (1)線速度僅大小不變而方向時刻改變，是變速運動。線速度僅大小不變而方向時刻改變，是變速運動。 (2)向心加速度僅大小恒定而方向時刻改變，是非勻變向心加速度僅大小恒定而方向時刻改變，是非勻變速曲線運動。速曲線運動。 (3)勻速圓周運動具有周期性，即每經過一個周期運勻速圓周運動具有周期性，即每經過一個周期運動物體都要重新回到原來的位置，其運動狀態(tài)動物體都要重新回到原來的位置，其運動狀態(tài)(如如v、a大大小

19、及方向小及方向)也要重復原來的情況。也要重復原來的情況。 (4)勻速圓周運動的物體所受合外力大小恒定，方向勻速圓周運動的物體所受合外力大小恒定，方向總是沿半徑指向圓心，方向時刻改變?？偸茄匕霃街赶驁A心，方向時刻改變。 3勻速圓周運動和變速圓周運動的區(qū)別勻速圓周運動和變速圓周運動的區(qū)別 (1)從做曲線運動的條件可知，變速圓周運從做曲線運動的條件可知，變速圓周運動中物體所受的合力與速度方向一定不垂直，動中物體所受的合力與速度方向一定不垂直，當速率增大時，物體受到的合力與瞬時速度之當速率增大時，物體受到的合力與瞬時速度之 圖圖5 56 61313間的夾角是銳角，當速率減小時，物體受到的合力與速度之間

20、的夾角是銳角，當速率減小時，物體受到的合力與速度之間的夾角是鈍角。間的夾角是鈍角。 例如：用一細線系一小球在豎直平面內做變速圓周運動，例如：用一細線系一小球在豎直平面內做變速圓周運動，在向下加速運動過程的某一位置在向下加速運動過程的某一位置A和向上減速運動過程的某一和向上減速運動過程的某一位置位置B，小球的受力情況如所示。，小球的受力情況如所示。 比較可知，勻速圓周運動和變速圓周運動受力情況比較可知，勻速圓周運動和變速圓周運動受力情況的不同是：勻速圓周運動中，合力全部用來提供向心力，的不同是：勻速圓周運動中，合力全部用來提供向心力，因此一定指向圓心；變速圓周運動中，合力沿著半徑方因此一定指向圓

21、心；變速圓周運動中，合力沿著半徑方向的分量提供向心力，合力通常不指向圓心。向的分量提供向心力，合力通常不指向圓心。 (2)解決勻速圓周運動問題依據(jù)的規(guī)律是牛頓第二定解決勻速圓周運動問題依據(jù)的規(guī)律是牛頓第二定律和勻速圓周運動的運動學公式。解決變速圓周運動，律和勻速圓周運動的運動學公式。解決變速圓周運動，除了依據(jù)上述規(guī)律還需要用到后面章節(jié)將要學習的功能除了依據(jù)上述規(guī)律還需要用到后面章節(jié)將要學習的功能關系等。關系等。 2如圖如圖5614所示，質量為所示，質量為m的物的物體，沿半徑為體，沿半徑為r的圓軌道自的圓軌道自A點滑下，點滑下，A與與圓心圓心O等高，滑至等高，滑至B點點(B點在點在O點正下方點正

22、下方)時的速度為時的速度為v，已知物體與軌道間的動摩，已知物體與軌道間的動摩擦因數(shù)為擦因數(shù)為，求物體在，求物體在B點所受的摩擦力。點所受的摩擦力。 思路點撥思路點撥解答本題時應注意以下兩點：解答本題時應注意以下兩點： (1)物體沿軌道做變速圓周運動。物體沿軌道做變速圓周運動。 (2)物體在物體在B點受到滑動摩擦力作用。點受到滑動摩擦力作用。圖圖5 56 61 1 解析解析物體由物體由A滑到滑到B的過程中，受到重力、軌道的過程中，受到重力、軌道彈力及摩擦力的作用，做圓周運動。彈力及摩擦力的作用，做圓周運動。 Fmr2的意義是：質量為的意義是：質量為m的物體在半徑為的物體在半徑為r的圓周上的圓周上

23、以角速度以角速度做勻速圓周運動需要的合外力做勻速圓周運動需要的合外力(向心力向心力)的大小是的大小是mr2。 2用向心力公式解題的應用步驟用向心力公式解題的應用步驟 (1)四確定：確定研究對象、確定軌道平面、確定圓心位四確定：確定研究對象、確定軌道平面、確定圓心位置、確定向心力的方向置、確定向心力的方向(確定軌道平面和圓心位置是難點確定軌道平面和圓心位置是難點)； (2)受力分析受力分析(不要把向心力作為某一性質的力進行分析不要把向心力作為某一性質的力進行分析)； (3)選定向心力方向列方程選定向心力方向列方程(求提供的向心力時一般用合成求提供的向心力時一般用合成法或正交分解法法或正交分解法)

24、。 3長為長為L的細線，拴一質量為的細線，拴一質量為m的小的小球，一端固定于球，一端固定于O點。讓其在水平面內做勻速點。讓其在水平面內做勻速圓周運動圓周運動(這種運動通常稱為圓錐擺運動這種運動通常稱為圓錐擺運動)，如圖如圖5615所示。當擺線所示。當擺線L與豎直方向的與豎直方向的夾角是夾角是時，求：時，求： (1)線的拉力線的拉力F的大小及小球的向心力的大小及小球的向心力F向向的大??；的大小； (2)小球運動的線速度的大??；小球運動的線速度的大小； (3)小球運動的角速度大小及周期。小球運動的角速度大小及周期。圖圖5 56 61515思路點撥思路點撥解答本題時應注意以下兩點：解答本題時應注意以

25、下兩點：(1)分析小球受力，確定小球向心力來源及方向。分析小球受力，確定小球向心力來源及方向。(2)根據(jù)問題恰當選取向心力公式。根據(jù)問題恰當選取向心力公式。 在處理勻速圓周運動問題時，要注意以下幾個方面：在處理勻速圓周運動問題時，要注意以下幾個方面： (1)弄清物體圓形軌跡所在的平面，明確圓心和半徑。弄清物體圓形軌跡所在的平面，明確圓心和半徑。 (2)分析向心力的來源，明確向心力是由什么力提供的。分析向心力的來源，明確向心力是由什么力提供的。 (3)在對運動情況進行動態(tài)分析時，要明確各量之間的制在對運動情況進行動態(tài)分析時，要明確各量之間的制約關系、變化趨勢以及結果涉及物理量的決定因素。約關系、

26、變化趨勢以及結果涉及物理量的決定因素。1(對應要點一對應要點一)有一個驚險的雜技節(jié)目叫有一個驚險的雜技節(jié)目叫“飛車走壁飛車走壁”，雜技演員騎摩托車先在如，雜技演員騎摩托車先在如圖圖5616所示的大型圓桶底部做速度所示的大型圓桶底部做速度較小、半徑較小的圓周運動，通過加速，較小、半徑較小的圓周運動，通過加速，圓周運動半徑亦逐步增大，最后能以較圓周運動半徑亦逐步增大，最后能以較大的速度在垂直的壁上做勻速圓周運動，這時使車子和大的速度在垂直的壁上做勻速圓周運動，這時使車子和人整體做圓周運動的向心力是人整體做圓周運動的向心力是 ()A圓桶壁對車的摩擦力圓桶壁對車的摩擦力 B桶壁對車的彈力桶壁對車的彈力C摩托車本身的動力摩托車本身的動力 D重力和摩擦力的合力重力和摩擦力的合力圖圖5 56 61616解析：解析：當車子和人在垂直的桶壁上做勻速圓周運動時，當車子和人在垂直的桶壁上做勻速圓周運動時，在豎直方向上，摩擦力等于重力，這兩個力是平衡力；在豎直方向上，摩擦力等于重力，這兩個力是平衡力；在水平方向上，車子和人轉動的向心力由桶壁對車的彈在水平方向上，車子和人轉動的向心力由桶壁對車的彈力來提供，所以正確選項為力來提供，所以正確選項為B。答案：答案：B2(對應要點二對應要點二)汽車甲和汽車乙質量相等，以相等的速